人類微生物群系

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皮膚微生物群系(microbiome)的示意圖。

人類微生物群系(Human microbiome)又稱為正常菌群(Normal Flora)是某些微生物宿主在長期的進化過程中形成共生關係,對生物體無害的一類細菌。它們包括細菌真菌古菌,和病毒。雖然微型動物也存在於人體上,但它們通常被排除在這個定義之外。人類微生物群系具體指駐留的微生物的集體基因組[1]

人類被許多微生物定殖; 傳統的估計是,人體非人類細胞的平均數量是人類細胞的數量的十倍,但是最近的估計將該比率降低到3:1,或者甚至降低到大約相同的數量[2][3][4][5]。殖民於人類的一些微生物群是共生性的,意味着它們共存而不傷害人類; 其他微生物群與它們的人類宿主具有互惠關係[1]:700[6]。相反,一些非致病微生物群可以通過它們產生的代謝物三甲胺損害人類宿主[7][8]。某些微生物群執行已知對人類宿主有用的任務; 大多數常居微生物的作用還不太清楚。 那些預期存在,並且在正常情況下不引起疾病的,有時被認為是「正常菌群」或「正常微生物群」[1]

人類微生物組計劃開展了人類微生物群基因組測序項目,特別關注通常棲息在皮膚,口腔,鼻子,消化道和陰道的微生物群落[1]。在2012年發布了初步結果時它達到了一個里程碑結果[9]

研究[編輯]

說明如何在DNA水平上研究人類微生物組的流程圖。

闡明人類微生物組的問題基本上是鑑定包括細菌,真核生物和病毒的微生物群落的成員[10]

2012年6月13日,美國國立衛生研究院(NIH)主任法蘭西斯·柯林斯(Francis Collins)宣布了人類微生物組計劃(HMP)的一個重要里程碑[9]。該公告伴隨着在《自然》期刊[11][12]發表的一系列協調文章,和在《公共科學圖書館》(PLoS)在同一天的幾個期刊。通過使用基因組測序技術繪製健康人的正常微生物組成,人類微生物組計劃(HMP)的研究人員創建了參考數據庫和人類正常微生物變化的邊界。

生理作用[編輯]

  • 拮抗作用:正常菌群在生物體的特定部位生長後,對其他的菌群有生物拮抗的作用。產生這種生物屏障的往往是一些厭氧菌。正常菌群通過緊密與黏膜上皮細胞結出來占領位置,由於在這些部位數量很大,在營養競爭中處於優勢,並通過自身代謝來改變環境的pH值或釋放抗生素,來抑制外來菌的生長。
  • 營養作用:正常菌群的存在影響着生物體的物質代謝與轉化。如蛋白質碳水化合物脂肪及維生素的合成,膽汁的代謝、膽固醇的代謝及激素轉化都有正常菌群的參與。
  • 免疫作用:正常菌群的抗源刺激可以使宿主產生免疫,從而減少了本身的危害。已有實驗表明,某些誘發的自身免疫過程具有抑癌作用。

宿生部位[編輯]

  • 皮膚:皮膚表面的微生物群落是人體的第一道屏障,主要有葡萄球菌、類白喉棒狀桿菌、綠膿桿菌、丙酸桿菌。它們參與着皮膚細胞代謝,起到了免疫和自淨的作用。
  • 腸道:腸道的微生物生態系統很複雜,菌群生物量很龐大。在腸的不同部位,由於pH值、營養狀況的不同,菌群的種類分布有很大的不同。多數的腸道菌群屬共生類型,主要是厭氧菌,如雙歧桿菌、尤桿菌、消化球菌等,數量恆定存在,具有合成維生素、蛋白質、生物拮抗等生理作用,起到保持宿主健康的作用。有一部分很少的致病菌在生理平衡狀態是不會危害宿主的,但如果數量超出正常水平就會致病。還有一類是介於這兩種類型之間的,如大腸桿菌、鏈球菌等,它們能產生毒素,具有生理作用和致病作用兩方面。
  • 陰道:陰道的生態系統常駐菌有乳桿菌、表皮葡萄球菌、大腸桿菌等。乳桿菌黏附在陰道黏膜上皮細胞上,可產生酸性生存環境,對大腸桿菌、類桿菌、金黃色葡萄球菌有拮抗作用,對於保護自身健康和胎兒在妊娠期的衛生有着重要的意義,是一道重要的生物屏障。

此外在外耳道、眼結膜、鼻咽腔、尿道等部位都會有正常菌群的分布。

菌群紊亂[編輯]

生物體內多數組織器官都是無菌的,正常菌群中的細菌偶爾少量侵入這些部位是能被機體的自身免疫所應付的。但如果正常菌群與宿主間或正常菌群各菌種間的平衡被打破,就會出現菌群失調,致病作用就會顯著,嚴重者引起二重感染。這種狀況往往是由於長期大量使用抗生素、免疫抑制劑等外來因素引起的。

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Sherwood, Linda; Willey, Joanne; Woolverton, Christopher. Prescott's Microbiology 9th. New York: McGraw Hill. 2013: 713–721. ISBN 9780073402406. OCLC 886600661. 
  2. ^ American Academy of Microbiology FAQ: Human Microbiome January 2014
  3. ^ Judah L. Rosner for Microbe Magazine, Feb 2014. Ten Times More Microbial Cells than Body Cells in Humans?
  4. ^ Alison Abbott for Nature News. Jan 8 2016 Scientists bust myth that our bodies have more bacteria than human cells
  5. ^ Sender, R; Fuchs, S; Milo, R. Are We Really Vastly Outnumbered? Revisiting the Ratio of Bacterial to Host Cells in Humans. Cell. Jan 2016, 164 (3): 337–40. PMID 26824647. doi:10.1016/j.cell.2016.01.013. 
  6. ^ Quigley, EM. Gut bacteria in health and disease. Gastroenterol Hepatol (N Y). 2013, 9 (9): 560–9. PMC 3983973. PMID 24729765. 
  7. ^ Falony G, Vieira-Silva S, Raes J. Microbiology Meets Big Data: The Case of Gut Microbiota-Derived Trimethylamine. Annu. Rev. Microbiol. 2015, 69: 305–321. PMID 26274026. doi:10.1146/annurev-micro-091014-104422. we review literature on trimethylamine (TMA), a microbiota-generated metabolite linked to atherosclerosis development. 
  8. ^ Gaci N, Borrel G, Tottey W, O'Toole PW, Brugère JF. Archaea and the human gut: new beginning of an old story. World J. Gastroenterol. November 2014, 20 (43): 16062–16078. PMC 4239492. PMID 25473158. doi:10.3748/wjg.v20.i43.16062. Trimethylamine is exclusively a microbiota-derived product of nutrients (lecithin, choline, TMAO, L-carnitine) from normal diet, from which seems originate two diseases, trimethylaminuria (or Fish-Odor Syndrome) and cardiovascular disease through the proatherogenic property of its oxidized liver-derived form. 
  9. ^ 9.0 9.1 NIH Human Microbiome Project defines normal bacterial makeup of the body. NIH News. 13 June 2012. 
  10. ^ NIH Human Microbiome Working Group. The NIH Human Microbiome Project. Genome Res. 2009, 19 (12): 2317–2323. PMC 2792171. PMID 19819907. doi:10.1101/gr.096651.109. 
  11. ^ Human Microbiome Project Consortium. A framework for human microbiome research. Nature. 2012, 486 (7402): 215–221. Bibcode:2012Natur.486..215T. PMC 3377744. PMID 22699610. doi:10.1038/nature11209. 
  12. ^ The Human Microbiome Project Consortium. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature. 2012, 486 (7402): 207–214. Bibcode:2012Natur.486..207T. PMC 3564958. PMID 22699609. doi:10.1038/nature11234. 

外部連結[編輯]